TIG焊旋转电弧传感器结构设计

通过对国内外目前现有旋转电弧传感器的学习和研究,在实验室现有的TIG焊旋转电弧传感器技术基础上,设计出一种空心轴电机驱动的TIG焊旋转电弧传感器。传感器结构设计主要对电绝缘结构、保护气送气方式、冷却水管接口结构进行了改进。利用Pro/E软件对机构进行了动态分析。

空心钨极TIG焊电弧特性数值模拟

建立了内径2 mm的空心钨极TIG焊电弧数值模型,用Fluent软件用户自定义函数(UDF)功能加载了氩气电导率、动量方程和能量方程的源项,计算了稳态下焊接电流为60 A时电弧的温度场、流场以及电弧压力,并与相同条件下实心钨极TIG焊电弧作了对比.结果表明,空心钨极TIG焊电弧呈钟罩形,空心钨极圆环放电和钨极中心气流的冷却作用使得电弧温度分布云图顶部下凹;电弧等离子体在钨极下方运动速度较快,阳极表面电弧压力呈柱状分布,弧柱区空间压力分布比较均匀;与相同电流条件下TIG焊相比,空心钨极TIG焊电弧峰值温度降低17.3%,钨极下方2 mm位置处峰值温度降低27%,等离子体最大运动速度降低40%,电弧压力峰值降低57%,堆焊焊缝熔宽增加30%,熔深减小27.9%.

激光空心TIG同轴复合电弧特性数值模拟

利用GAMBIT软件建立了光纤连续激光和内径为2 mm空心Tungsten Inert Gas(TIG)电弧在稳态条件下的激光同轴复合电弧数学模型,对其进行分区域网格划分,最小网格长度为0.1 mm;用FLUENT软件中的用户自定义函数(UDF)功能添加了激光热源、动量方程源项、能量方程源项和材料物理性能设置,计算得到了150 W功率激光和118 A电流下同轴复合电弧的温度场、速度场及电弧空间压力、电场和磁场分布,并与相同条件下的空心单TIG电弧作了对比。结果表明:激光同轴复合电弧温度场变化明显,最高温度和高温区面积显著增加,电弧能量密度显著提高,熔透能力大大增强;由于激光同轴复合电弧温度升高和钨极腔内压力增大,电弧中上部等离子体流动速度明显加快;激光同轴复合电弧的电弧压力降低,电磁场强度减小,电弧静压力减小。最后用实验验证了模拟结果的可靠性。